Ионообменная очистка
Вода, которая поступает в квартиру из центрального водопровода или в частный дом из скважины, может содержать различные примеси, в том числе вредные для здоровья человека. Среди них тяжёлые металлы, железо, марганец, органические и неорганические минеральные вещества, сероводород, частицы песка и глины и прочие химические элементы и соединения.
Наиболее часто в составе скважинной или водопроводной жидкости обнаруживаются соли магния и кальция, которые делают воду жёсткой. Для нормализации их содержания применяется умягчение.
Для удаления загрязнений используются разные способы водоподготовки, например, системы обратного осмоса, сорбционные угольные фильтры и прочие. Но извлекать из воды соли жёсткости удаётся далеко не всеми методами. И наиболее эффективным является ионообменная очистка воды. В этой статье рассмотрим особенности способа и ответы на самые актуальные вопросы.
Зачем очищать воду
Жёсткой может быть вода и из водопровода в квартире, и из скважины в доме, загородном коттедже или на даче. Зачем нужна очистка? Высокая жёсткость приводит к следующим последствиям:
- Вред для здоровья. При высокой концентрации в воде солей жёсткости они просто не успевают выводиться из человеческого организма естественным путём. Такие вещества откладываются в тканях и кровеносных сосудах, со временем провоцируют образование камней в почках и развитие мочекаменной болезни. Также при регулярном употреблении внутрь жёсткой воды увеличиваются риски болезней сердечно-сосудистой системы, суставов.
- Вред для внешности. Если применять воду с повышенной концентрацией солей магния и кальция для купания и умывания, она может провоцировать шелушение кожи, сухость и ломкость волос.
Вред для белья. Вещи, стираемые в чрезмерно жёсткой воде, меняют свойства. Ткани становятся грубыми, быстро мнущимися, неприятными на ощупь.- Вред для системы водоснабжения. Это налёт на внутренних поверхностях водопроводных труб, а также на сантехнике – раковине, кранах.
- Вред для посуды. Чайник изнутри может покрываться накипью. Неприятный налёт образуется и на другой кухонной утвари – тарелках, кастрюлях, ложках и вилках.
- Вред для бытовой техники. Накипь при высоких температурах воды откладывается на нагревательных элементах (ТЭНах) некоторых приборов – стиральных и посудомоечных машин, бойлеров, отопительных котлов. Это увеличивает энергопотребление, сокращает сроки службы устройств, а также провоцирует требующие дорогостоящего ремонта поломки насосного оборудования и двигателей.
- Вред для бюджета. Если вода жёсткая, то в ней хуже пенятся моющие и чистящие средства – мыло, гель для душа, шампуни, жидкость для мытья посуды. Расход всего этого увеличивается, поэтому делать покупки приходится чаще.
Как понять, что воду нужно обессоливать методом ионного обмена?
Как определить, нужна ли очистка скважинной или водопроводной воды методом ионного обмена? На высокую жёсткость жидкости указывают такие признаки:
- осадок, который образуется после кипячения воды либо после её отстаивания;
- посторонний горьковатый привкус (ощущается только при высокой концентрации солей магния и кальция);
- светлый налёт, появляющийся на сантехническом оборудовании, посуде после её мытья, на тёмных вещах после стирки;
снижение напора воды из-за отложения солей на стенках водопроводных труб и уменьшения их просвета;- быстрое засорение используемых фильтров;
- преждевременный выход из строя бытовой техники, контактирующей с водой;
- ухудшение состояния волос, кожных покровов;
- уменьшение объёмов пены при использовании моющих средств.
Наиболее эффективный и достоверный способ определения повышенного содержания солей – это анализ воды. Исследования проводятся в специальных лабораториях, которые выдают заключения с результатами, где указываются главные показатели жидкости, в том числе уровень жёсткости.
Полезная информация! Есть и способы определения в домашних условиях. Во-первых, подойдут специальные тест-полоски, которые при погружении в воду меняют оттенок. По цвету определяется уровень жёсткости. Во-вторых, можно использовать кондуктометр – измерительный прибор.
Суть очистки воды с помощью ионного обмена
Принцип работы всех фильтров ионного обмена заключается в замещении ионов кальция и магния ионами других веществ, например, натрия или водорода. При такой обработке фактически меняется состав жидкости. При замене ионами натрия также происходит минерализация с повышением качества жидкости, улучшением её характеристик.
В корпусе фильтрующей установки находится особый ионит – ионообменная смола, представляющая собой мелкопористый материал, как правило, гранулированный. Электролит (очищаемая вода) проходит через эту смолу и меняет свою структуру. Поток в современных системах пропускается сначала через катионитовые фильтры, потом через анионитовые. Подвижные ионы меняются на растворённые в жидкости катионы и анионы – частицы с положительным и отрицательным зарядом.
Факт! При фильтрации соли не выпадают в осадок, не требуют дополнительной очистки. Такие примеси удаляются в процессе периодических промывок смолы.
Отдельные виды фильтрации
Если в составе воды не только соли жёсткости, но и железо, тогда требуются одновременно умягчение и обезжелезивание. Для этих целей применяют методику катионного обмена, при которой частицы солей и металла замещаются положительно заряженными ионами других веществ.
Рассмотрим некоторые отдельные виды очистки путём катионного обмена:
- Натрий-катионирование. Эта технология предполагает замещение катионами натрия (Na+). При одноступенчатой фильтрации жёсткость можно сократить до примерно 0,1 мг-экв/л. При двухступенчатой очистке более эффективное – до 0,01 мг-экв/л. Такой способ считается доступным и недорогим, не требует сложной утилизации продуктов, образующихся в ходе регенерации ионообменной смолы.
- Водород-катионирование. В слой катионита входят катионы водорода – H+. При очищении кислотность фильтрата (pH) значительно снижается за счёт образования во время реакции кислот. Также выделяется углекислый газ, который утилизируется путём дегазации через отверстия в корпусе. Восстановление H-катионита осуществляется кислотным раствором – серной кислотой H2SO4 либо соляной HCl концентрации от 4 до 6%.
Конструкция ионообменных фильтров
Ионообменная установка состоит из нескольких частей:
- Корпус. Он либо пластиковый, либо металлический. Это резервуар (герметичный бак) цилиндрической формы. В таком баллоне находится фильтрационная загрузка в виде смолы. Также возможна конструкция с отдельными корпусом и сменным картриджем с наполнителем.
- Клапан, оснащённый электронным процессором. Данная деталь управляет подачей жидкости.
- Распределители: нижний и верхний. Они позволяют сохранять равномерный объём жидкости.
- Бак для восстановительного раствора. В нём находится солевой или кислотный регенерирующий состав, которым промывается смола.
- Дополнительные фильтры: предварительной грубой очистки (удаляет твёрдые относительно крупные частицы, например, песок) и тонкой – постфильтр, который задерживает оставшиеся мелкие примеси.
- «Клапан, оснащённый электронным процессором. Данная деталь управляет подачей жидкости.»
Как работают фильтры
Ионообмен в самых новых и современных фильтрах проходит в автоматическом режиме:
- Вода сначала благодаря электронике подаётся в корпус, где попадает в модуль с ионообменной смолой.
- Соли жёсткости поступают в загрузку, замещаются ионами водорода/натрия.
- Очищенная вода через выводной шланг подаётся в кран, откуда поступает к потребителям.
- При истощении смолы в резервуар с регенерирующей солью или кислотой подаётся определённое количество воды.
- Готовый регенерационный раствор поступает в бак с ионитом. Происходит процесс восстановления.
- Запускается промывка для очищения смолы от реагентов.
- Снова начинается процесс фильтрации.
Какими бывают ионообменные установки
По особенностям водоочистки ионообменные установки делятся на два типа:
- Периодического действия. В таких установках предусмотрена колонна с измерительными приборами и датчиками. Процесс очистки протекает поэтапно и включает непосредственно ионообмен, чистку смолы от механических загрязнений, восстановление ионита, а также отмывку загрузки от восстанавливающего раствора. Такие фильтры имеют довольно большой расход регенерирующих реагентов и самой смолы, крупные размеры и сложную автоматизацию водообработки.
- Непрерывного действия. В таких аппаратах ионит продвигается по замкнутому одному контуру и последовательно подвергается сорбции, восстановлению и промывке.
Также ионообменные установки бывают магистральными и кабинетными. Первые имеют большие габариты, работают на всю систему водоснабжения и обычно устанавливаются в точке входа водопровода в дом или квартиру. Чаще всего они монтируются в санузлах, иногда в отдельных технических помещениях (особенно в частных домах). Кабинетные фильтры более компактные, занимают мало места и могут размещаться на ограниченных пространствах, например, под раковиной на кухне.
По решаемым задачам фильтры классифицируются на бытовые и промышленные. Первые предназначены для применения в быту – очистки воды в частных домах и квартирах. Вторые подходят для промышленности и могут использоваться для фильтрации в крупных масштабах на разных предприятиях.
Особенности используемых смол
Форма выпуска большинства смол – это гранулы. Размеры частиц загрузки и их конфигурация зависят от метода производства фильтрующего материала. Так, если это технология полимеризация, то гранулы будут круглыми, шаровидными. Если же смола изготавливалась способом поликонденсации, то её элементы имеют неправильные, произвольные формы.
При контактах с очищаемой водой ионит разбухает. А по мере эксплуатации фильтра иссякает его рабочий ресурс, постепенно меняются состав и свойства. Для восстановления загрузки системы фильтрации применяется раствор либо лимонной кислоты, либо поваренной соли.
Но даже после промывки кислотной или солевой жидкостью полная регенерация не происходит. Рабочий ресурс смолы ограничен, и срок её функционирования в среднем составляет около 3 лет. Точное время работы зависит от активности эксплуатации, производительности системы водоснабжения, объёмов потребления воды.
Если ионит способен захватывать из очищаемой жидкости частицы с отрицательным зарядом, такая смола называется анионитом и имеет свойства оснований. Если происходит замещение положительно заряженных ионов, то загрузка фильтра называется катионитом и обладает характеристиками кислот.
Все иониты подразделяются на неорганические и органические, искусственные и природные. Натуральные неорганические (минеральные) материалы – это цеолит, полевой шпат, минералы глинистой природы, слюды. Синтетические неорганические загрузки – гидроокиси и окиси металлов (циркония, хрома, алюминия), а также силикагели. Природные органические смолы состоят из гуминовых кислот углей и грунтов. Искусственно полученные органические материалы – ионообменные смолы с развитыми поверхностями, которыми возможно очищать сточные воды.
Рассмотрим основные характеристики ионообменных смол:
- Обменная ёмкость. Этот показатель основной, характеризует поглотительную способность. Полная ёмкость характеризует количество имеющихся в водной среде грамм-эквивалентов ионов, которое до окончательного своего насыщения способна поглощать смола в объёме 1 кубометра. А рабочее значение ёмкости – это число грамм-эквивалентов ионов, которое 1 кубический метр наполнителя фильтра поглощает до момента пропускания поглощаемых частиц в фильтруемую жидкость.
- Величина зёрен (гранул). Обычно она варьируется от 0,3 миллиметров до двух.
- Селективность наполнителя. Это избирательность, то есть удаление определённых примесей, к примеру, солей жёсткости, железа. На этот показатель влияют характеристики ионообменной смолы. А определяется он в зависимости от исходного состава обрабатываемой воды.
- Стабильность. Это сохранение первоначальных свойств загрузки при взаимодействии с химическим составом водной среды. Также смола должна оставаться стабильной при разных температурах жидкости.
- Устойчивость к механическим воздействиям. Гранулы не должны разрушаться и менять структуру, к примеру, при скачках давления напора воды.
Как смола регенерируется
Когда смола полностью насыщается ионами, извлекаемыми из фильтрата, её нужно регенерировать для восстановления свойств. Через отработанный материал пропускается поток регенерирующего раствора. Но автоматически восстановление выполняется в установках колонного типа, в которых смола загружается непосредственно в корпус. Если же она находится в сменном картридже, то регенерировать её нужно вручную. Алгоритм такой:
- Перекройте воду и сбросьте из очистной установки образовавшееся в ней давление.
- Извлеките заполненный смолой съёмный картридж. Обычно он снимается без усилий.
- Откройте крышку картриджа, если это возможно, высыпьте всё содержимое в отдельную ёмкость. Если деталь неразборная, тогда она помещается в восстановительную смесь целиком.
- Приготовьте регенерирующий раствор, следуя инструкции, которой производитель снабдил фильтр. Обычно на каждый литр воды добавляется 100 граммов соли.
- Оставьте смолу в регенерирующей смеси на 6 или 8 часов. Чтобы все гранулы восстановились, периодически перемешивайте их.
- Слейте весь раствор, а смолу несколько раз промойте чистой отфильтрованной водой.
- Верните загрузку в сменный картридж, плотно закрутите его крышку.
- Установите сменную деталь с загрузкой в установку.
Важно! При спуске первой воды может присутствовать солоноватый привкус. Он самостоятельно проходит. Достаточно слить первые несколько литров жидкости из фильтра.
Если регенерирующий раствор подаётся на смолу автоматически, то достаточно в соответствующий резервуар по необходимости загружать соль. Как правило, это таблетированный реагент.
Частота обслуживания с промывками указывается компаниями-производителями в инструкциях. Периодичность зависит от степени жёсткости очищаемой воды, а также от объёмов её потребления. Для оценки рабочего ресурса следует измерять количество солей в жидкости, используя тест-полоски. Этот показатель должен быть равен нулю или чуть больше. При повышении смолу необходимо промывать.
Все плюсы и минусы технологии ионного обмена
Ионная очистка имеет как плюсы, так и минусы. Отзывы подтверждают, что иногда такая технология становится единственной возможной или более эффективной, чем другие.
Метод ионного обмена имеет такие преимущества:
- установки работают практически бесшумно;
- на выходе можно получить хорошую чистую, питьевую воду;
- можно использовать смолы с разной селективностью, с разными функциональными добавками для очистки от разнообразных примесей;
- ионообменный фильтр не требует сложного обслуживания, особенно если система автоматизирована;
- сохранение минерального состава жидкости или его улучшение при замещении ионами натрия;
- средняя стоимость фильтров;
- несложная эксплуатация;
- качественное умягчение с возможностью дополнительного обезжелезивания (если выбрать подходящую смолу);
- широкая сфера применения – очистка воды в электронной промышленности, металлургии, на пищевых и химических производствах, в энергетических комплексах, а также при работе коммунальных служб (обработка сточных вод).
Проанализируем недостатки, которыми обладает ионообменный способ очистки воды:
- необходимость периодических промывок;
- довольно большой расход реагентов-восстановителей;
- при утилизации отработанных наполнителей нужно действовать строго по правилам.
Но некоторые минусы в современных установках нейтрализуются усовершенствованными технологиями. Так, добавляемые катализаторы ускоряют процесс фильтрации. Расход раствора при этом может быть умеренным.
Как выбрать подходящий фильтр
Чтобы ионный обмен воды обеспечивал максимальную эффективность очистки, следует принять верное решение при покупке установки. Основными критериями выбора являются:
- Жёсткость воды. Чем она выше, тем более высокой должна быть степень очистки. Определить показатель можно с помощью лабораторного анализа или же в домашних условиях, используя тест-полоски.
- Состав воды. Если помимо солей магния и кальция в него входят прочие примеси типа песка, органики и металлов, то лучше использовать многоступенчатую комплексную систему очистки, которая будет убирать все загрязнения. В схеме водоочистки могут быть предусмотрены механический фильтр грубой очистки для задержания крупных твёрдых частиц, сорбционный для поглощения органики, а также устройство тонкой очистки для устранения мельчайших включений и взвесей.
- Характеристики системы водоснабжения. Прежде всего, это температура и напор воды. Если их значения высокие, следует выбирать фильтр и ионообменную смолу, которые будут выдерживать давление и термическое воздействие. В противном случае оборудование быстро выйдет из строя, а ионит потеряет свои фильтрующие свойства.
- Производительность фильтра – количество выдаваемой жидкости. Обычно она указывается изготовителем в техническом описании в литрах в час или в минуту. Производительность зависит от объёмов потребления воды. Так, если в доме или квартире живёт большая семья с детьми, то показатель должен быть достаточно высоким.
- Необходимость создания запаса. Установка может иметь накопительный бак, в котором будет храниться отфильтрованная вода для поддержания постоянного резерва на случаи превышения норм потребления или перебоев с водоснабжением.
- Направление потока регенерирующего раствора. Бывает противоточным и прямоточным. Противоточный вариант несколько сокращает производительность системы и при высоких скоростях может повреждать хрупкие гранулы ионита.
- Вид смолы. Он зависит от состава фильтруемой жидкости. Так, для умягчения будет достаточно загрузки с ионами натрия. Железо лучше удаляет ионообменная смола с частицами водорода, которые также стабилизируют кислотность среды. Макропористые загрузки лучше выбирать при наличии в воде окислителей, таких как хлор. Крупноразмерные моносферные частицы выдержат напор промывочного потока при противоточной системе регенерации с высокой скоростью. Гелевые слабокислотные катиониты в идентичных условиях демонстрируют более высокую ионообменную ёмкость, нежели макропористые слабокислотные загрузки.
- Допустимые объёмы дренажных вод. Это максимальный литраж задержанных загрязнений, выводимый единовременно через канализацию. Также следует учитывать допустимую частоту сброса отработанных материалов в канализационную систему.
- Особенности эксплуатации. Во-первых, это её простота, избавляющая от необходимости пользоваться услугами специалистов для текущего обслуживания. Во-вторых, учтите степень автоматизации. Проще использовать систему с автоматическими промывками без вмешательств со стороны пользователя.
Если вы решили использовать именно ионообменный метод очистки воды, обратите внимание на системы компании Waterstry. Устройства серии WS1CI S – это автоматические умягчители, в конструкцию которых входят блок управления, поддерживающий пласт гравия, наполнитель, солевой бак, корпус и дренажно-распределительная система. Рабочее значение давления составляет от 2,5 до 6 бар.
В ассортименте Waterstry есть кабинетное оборудование линейки WS1CI CWS – компактные вариации с единым корпусом, в котором находятся наполнитель и солевой резервуар. Рабочие показатели такие же, как для стандартных автоматических фильтров.
Ещё один вариант – установки непрерывного действия S TMI. Они выдают очищенную воду круглосуточно, не прерываясь на регенерации. Такие производительные фильтры подходят для коммерческих целей и производств, но применяются и в быту. В установке предусмотрены два корпуса, распределительная дренажная система, резервуар для солевого восстанавливающего раствора и блок управления. Производительность составляет от 5,6 кубометров в час до 9,1, в зависимости от жёсткости.
Из этой статьи вы узнали, как работают установки ионного обмена. Такая очистка воды эффективна и позволяет бесперебойно получать чистую жидкость. Чтобы узнать больше о ионообменных системах и заказать установку для дома, вы можете изучить каталог, оставить заявку на звонок на сайте или связаться с нами самостоятельно по телефону.
Теги в статье:
